基于CT圖像和改進(jìn)的差分盒維數(shù)法的混凝土細(xì)觀損傷研究.pdf

1、通過(guò)混凝土CT圖像可以直觀地看出混凝土細(xì)觀損傷狀態(tài)，但是如何定量描述其損傷狀態(tài)，目前還未找到公認(rèn)、合理的方法。混凝土細(xì)觀損傷裂縫的結(jié)構(gòu)、分布和演化過(guò)程都表現(xiàn)出強(qiáng)烈的分形特征。本文采用分形方法來(lái)描述混凝土損傷過(guò)程，并用混凝土損傷區(qū)域的分維值D來(lái)定量描述其內(nèi)部損傷演化行為，對(duì)建立混凝土損傷本構(gòu)關(guān)系具有重要意義。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容總結(jié)如下：
　　（1）通過(guò)CT掃描獲得了混凝土試件在單軸拉壓條件下各個(gè)斷面不同應(yīng)力階段的CT圖像

2、。利用CT圖像的二值化處理，描述了混凝土的裂紋萌生、開(kāi)裂、貫通和破損的全過(guò)程。通過(guò)對(duì)混凝土損傷演化過(guò)程的分析，發(fā)現(xiàn)混凝土CT圖像中微裂紋的分布形態(tài)具有很強(qiáng)的分形特征。
　?。?）詳細(xì)介紹了分形維數(shù)的各種計(jì)算方法并對(duì)其適用條件進(jìn)行了討論，用差分盒維數(shù)法計(jì)算得到的分形維數(shù)來(lái)描述混凝土損傷演化過(guò)程較為合適的。
　　（3）傳統(tǒng)差分盒維數(shù)法（Differential Box Counting method或DBC）的優(yōu)點(diǎn)是可以準(zhǔn)確、高

3、效地來(lái)估計(jì)圖像的分形維數(shù)；缺點(diǎn)是，盒子的高度和標(biāo)號(hào)影響覆蓋裂紋的精準(zhǔn)度。因此本文提出了一種改進(jìn)的差分盒維數(shù)法方法。
　　（4）采用改進(jìn)后差分盒維數(shù)法分析混凝土CT圖像中細(xì)觀裂縫的演化過(guò)程。改進(jìn)后的差分盒維數(shù)法和傳統(tǒng)差分盒維數(shù)法計(jì)算得到的分形維數(shù)趨勢(shì)是一樣的。但由于改進(jìn)的方法避免了傳統(tǒng)DBC方法的缺陷，如盒子不能精準(zhǔn)地覆蓋裂紋等。因此改進(jìn)后的方法得到的分形維數(shù)可以更恰當(dāng)?shù)孛枋龌炷翐p傷演化過(guò)程。
　?。?）用改進(jìn)后的差分盒維數(shù)

4、法得到的分形維數(shù)結(jié)果建立基于分形維數(shù)的損傷變量Dpi表達(dá)式，得到了損傷變量Dpi與混凝土損傷過(guò)程中各個(gè)應(yīng)力階段的分形維數(shù)D的關(guān)系曲線(xiàn)并驗(yàn)證了損傷變量 Dpi的適用性。結(jié)果表明基于改進(jìn)后差分盒維數(shù)法得到的分形維數(shù)建立的損傷變量與分形維數(shù)有相同的變化規(guī)律，能夠定量化描述混凝土試件損傷發(fā)展過(guò)程中各應(yīng)力階段的損傷演化程度并能很好地反映混凝土材料宏觀力學(xué)特性。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)是首次用改進(jìn)后差分盒維數(shù)法的思想來(lái)計(jì)算混凝土損傷過(guò)程中各應(yīng)力階段